ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ПРОЦЕССА СТАБИЛИЗАЦИИ ГАЗОВОГО КОНДЕНСАТА

В топливно-энергетическом комплексе Российской Федерации и мира в целом заметен существенный сдвиг в сторону использования углеводородных газов и альтернативных источников энергии, в том числе газового конденсата. Процесс стабилизации газового конденсата является одной из ключевых стадий его подготовки к транспортировке и дальнейшей переработке. Актуальность данного процесса заключается в необходимости снижения потерь лёгких фракций, обеспечении безопасности хранения и транспортировки, а также соблюдении требований к качеству товарной продукции.

Стабилизация газового конденсата основана на ректификации – процессе разделения жидких неоднородных смесей на практически чистые компоненты, либо фракции, различающиеся по температуре кипения. Физической сущностью процесса ректификации является двухсторонний тепломассообмен между потоками жидкости и пара при значительной турбулизации контактирующих фаз.

На практике ректификация, как и всякий диффузионный процесс, осуществляется в противотоке пара и жидкости, что обеспечивает различие температур и неравновесность составов встречных потоков. В результате противоточного взаимодействия потоков пара и жидкости пары обогащаются низкокипящими компонентами, а жидкость – высококипящими. При определенном количестве контактов между жидкостью и парами можно получить пары, в основном состоящие из низкокипящих компонентов. Жидкость же будет состоять из высококипящих компонентов [4, с. 173].

Основным аппаратом, в котором осуществляется процесс стабилизации конденсата, является ректификационная колонна. Конструктивной особенностью данной колонны, кардинально влияющей на четкость разделения смеси, является наличие контактных устройств, на которых и происходит тепломассообмен между восходящими потоками паров с низа колонны и жидкостью, стекающей с верхней части колонны. Меняя количество контактных устройств, их конструктивные особенности и способ организации движения потоков пара и жидкости по ним можно добиться необходимой чистоты получаемых продуктов.

Эффективного разделения исходной смеси ректификацией можно достичь при условии, что с верха колонны на нижележащие тарелки и в куб колонны стабильно будет поступать флегма, а в кубе колонны будут стабильно генерироваться пары низкокипящих компонентов, которые постоянно поднимаются с нижележащей на вышележащую тарелку. Для достижения заданного разделения исходной смеси в ректификационной колонне необходимо контролировать и регулировать следующие параметры:

- температуру и количество подаваемого сырья;

- давление верха колонны;

- перепад давления по высоте колонны;

- температуру верха и куба колонны;

- количество подаваемого на верхнюю тарелку колонны орошения;

- уровень жидкого продукта в кубе колонны и емкости орошения.

В большинстве действующих установок четкость разделения не обеспечивается в полной мере, что отражается на качестве получаемых продуктов. Получаемые газы и СУГи характеризуются наличием значительного количества примесей (в том числе метанольной воды из-за неэффективного отстаивания сырья в парках), компоненты топливных дистиллятов не соответствуют требуемому фракционному составу, наблюдается налегание фракций, часть наиболее тяжелых компонентов дизельной фракции проваливается в низ колонны, в мазут. Поэтому большое внимание уделяется исследованию и анализу работы ректификационных колонн, разработке и испытанию новых типов барботажных тарелок, совершенствованию методик их расчета.

Управление процессом ректификации представляется сложной задачей ввиду множества взаимосвязанных технологических параметров и недостаточной изученностью динамики процесса. Сама же ректификационная колонна как объект управления характеризуется значительной инерционностью и временем запаздывания по каналам управления [3, с. 133-135].

Управление процессом ректификации обеспечивается применением чело-веко-машинного интерфейса – совокупностью технических средств и решений, обеспечивающих взаимодействие оператора с управляемым технологическим процессом и оборудованием. В состав системы управления входят: интеллектуальные датчики основных технологических параметров объекта (температуры, давления, расхода и уровня), исполнительные устройства (клапаны-регуляторы, клапаны-отсекатели, электродвигатели, электрические или пневматические исполнительные механизмы) и контроллеры, автоматизированные рабочие места операторов и прочее [2, с. 903-911].

Ректификационная колонна как объект управления может быть представлена следующими группами параметров:

а) управляемые параметры – качество основных продуктов (дистиллята и остатка), а также их количество;

б) управляющие параметры – расход и температура орошения, уровень в колонне, давление, расход и температура «горячей струи»;

в) промежуточные (режимные) параметры – температуры верха, низа колонны, температура сырья;

г) возмущающие параметры – расход сырья в колонну, состав сырья [1, с. 136-145].

Таким образом, выбор оптимальных технологических параметров процесса стабилизации невозможен без учёта физико-химических закономерностей, лежащих в основе фазовых равновесий и процессов массообмена. Помимо этого, требуются точные расчёты, позволяющие минимизировать потери углеводородов, снизить энергозатраты, повысить выход целевых продуктов и обеспечить соответствие продукции нормативным требованиям. Кроме того, корректное определение технологических параметров процесса способствует увеличению срока службы оборудования и снижению риска аварийных ситуаций. В условиях промышленного производства это напрямую влияет на эффективность и безопасность предприятия.